(57)【要約】【課題】固体撮像素子のカラーフィルタの各色のフィルタの境界部の構造のばらつきを抑制する。【解決手段】まず、緑の顔料が分散されたＧカラーレジストを、平坦化膜１０４上に塗布し、露光光を照射し現像して、所定の平面パターンのＧフィルタ１０３Ｇを形成する。次に、赤の顔料が分散されたポジ型のＲカラーレジスト１１３Ｒを、Ｇフィルタ１０３Ｇを覆って平坦化膜１０４の全面に塗布し、露光光を照射し現像して、Ｇフィルタ１０３Ｇに隣接してＲフィルタ１０３Ｒを形成する。Ｒカラーレジスト１１３Ｒへの露光は、Ｒフィルタ１０３Ｒを形成する各領域の、Ｇフィルタ１０３Ｇとの境界で、Ｇフィルタ１０３Ｇのエッジより、Ｇフィルタ１０３Ｇが形成された領域内に入り込んだ位置にエッジが位置する遮光部を有するマスクを用いて行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色のフィルタが、互いに異なる色の前記フィルタが隣接するように所定の平面パターンで配置されて構成されたカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
第１の色のカラーレジストを、所定の膜上に塗布し、露光光を照射し現像して所定の平面パターンの第１の色の前記フィルタを形成する工程と、
前記第１の色のフィルタに隣接して形成される第２の色の前記フィルタとなるポジ型の第２の色のカラーレジストを、前記第２の色のフィルタを形成する領域を含む領域に、前記第１の色のフィルタを覆って塗布し、露光光を照射し現像して前記第２の色のフィルタを形成する工程とを有し、
前記第２の色のカラーレジストへの露光を、前記第２の色のフィルタを形成する各領域の、前記第１の色のフィルタとの境界で、前記第１の色のフィルタのエッジより、前記第１の色のフィルタが形成された領域内に入り込んだ位置にエッジが位置する遮光部を有するマスクを用いて行う、
固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２のカラーレジストへの露光を、各露光領域のエッジにおいて、照射エネルギーを標準より大きくしたオーバー露光によって行う、請求項１に記載の、固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジ、または前記第２の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光コントラストを標準よりも小さくする、請求項１または２に記載の、固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジ、または前記第２の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジの少なくとも一方で、露光光の焦点位置を標準からずらす、請求項３に記載の、固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジ、または前記第２の色のフィルタの形成時の各露光領域のエッジの少なくとも一方で、遮光部のエッジ部分の透過率が段階的に変化したマスクを用いて露光を行う、請求項３または４に記載の、固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
複数色のフィルタが、互いに異なる色の前記フィルタが隣接するように所定の平面パターンで配置されて構成されたカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
各色の前記フィルタのエッジが、互いに隣接する互いに異なる色の前記フィルタのエッジ部同士が厚み方向に互いに重なって組み合わされて所定の厚みになるように、厚み方向に所定のパターンを有している固体撮像素子。
【請求項７】
前記フィルタのエッジ部の、厚み方向の形状がテーパー状である、請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記フィルタのエッジ部の、厚み方向の形状が楔形である、請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
互いに隣接する互いに異なる色の前記フィルタのエッジ部同士が厚み方向に互いに重なって組み合わされた部分の幅が０．１μｍ以上である、請求項６から８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
複数色のフィルタが、格子状のパターンで、互いに異なる色の前記フィルタが隣接するように配置されて構成されたカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
前記フィルタの各格子状パターンの角部が、当該角部に接する色の前記フィルタのうちのいずれか１つによって埋められている固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子の出力信号に応じて撮像画像データを生成する手段とを有する撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー画像を撮像するためのカラーフィルタを有する固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラやスチルカメラ等に、カラー画像を撮像する固体撮像素子を用いることが知られている。図１１は、従来例の固体撮像素子の断面図である。
【０００３】
この固体撮像素子は、複数の画素部を有しており、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部９１０が半導体基板９００上に格子状に形成され、各光電変換部９１０が各画素部に割り当てられている。また、各画素部には、光電変換部９１０の発生する信号の処理用のトランジスタのゲート電極９０９や配線層９０５，９０７、それらの間の層間絶縁膜９０６，９０８などが設けられている。
【０００４】
最上層の配線層９０５上には、第１の平坦化膜９０４を介してカラーフィルタ９０３が設けられている。カラーフィルタ９０３は、それぞれが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の顔料のうちの１つを含む材料からなる複数色のフィルタ（以下、各色の顔料を含むカラーフィルタを、それぞれＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタと称する）が所定のパターンで並べられて構成されており、入射光を分光する働きをする。これら各色のフィルタは、図１２に示すように、ベイヤ配列と呼ばれるパターンで配置し、各画素部にＲ，Ｇ，Ｂフィルタのうちのいずれか１つがくるようにすることが知られている（図１２において、網掛を付した部分はＧフィルタ、右斜め下に延びる斜線を付した部分はＢフィルタ、左斜め下に延びる斜線を付した部分はＲフィルタを示しており、以下の各カラーフィルタ平面図においても同様である。）
カラーフィルタ９０３上には、第２の平坦化膜９０２を介してマイクロレンズ９０１が画素部毎に設けられている。マイクロレンズ９０１は、入射光を各光電変換部９１０に集光する働きをする。
【０００５】
ベイヤ配列のカラーフィルタ９０３を形成するのには、通常、フォトリソグラフィー技術が用いられる。図１３は、従来例のカラーフィルタ９０３の形成手順を示す側断面図である。
【０００６】
カラーフィルタ９０３を形成する場合、まず、第１の平坦化膜９０４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のＧカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ９０３を形成すべき位置を除く領域に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し現像する。このようにして、図１３（ａ）に示すように、第１の平坦化膜９０４上に所定のパターンでＧフィルタ９０３Ｇが形成される。Ｇフィルタ９０３Ｇのパターン寸法は、ボトム部位（第１の平坦化膜９０４側の部分）で、例えば７．０μｍである。このように幅が数ミクロン程度となる近年の固体撮像素子の画素部における、フォトリソグラフィー技術を用いたカラーフィルタ９０３の製造では、正確な現像を実現するため、縮小投影露光装置、いわゆるステッパーと呼ばれる露光装置が用いられている。
【０００７】
次に、図１３（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のＲカラーレジスト９１３Ｒを、第１の平坦化膜９０４上の全面に塗布する。この時、Ｇフィルタ９０３Ｇは、Ｒカラーレジスト９１３Ｒによって覆われることになる。続いて、Ｒフィルタ９０３Ｒを形成すべき位置を除く領域に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し現像する。それによって、図１３（ｃ）に示すように、Ｇフィルタ９０３Ｇに隣接してＲフィルタ９０３Ｒが形成される。
【０００８】
その後、同様にＢフィルタを所定のパターンで形成する。それによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの各フィルタが所定のパターンで配置されたカラーフィルタ９０３が形成される。
【特許文献１】特開平５−６８４９号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来の固体撮像素子の製造方法では、例えば、図１３に示す例のように、前に形成されたＧフィルタ９０３Ｇで囲まれる領域にＲフィルタ９０３Ｒを形成する場合、Ｇフィルタ９０３Ｇで囲まれる領域の幅に等しい、すなわち、上記の例では７．０μｍ幅の透過部が形成されたマスクを用いて紫外線を照射して現像を行う。この場合、Ｒフィルタ９０３ＲとなるＲカラーレジスト９１３Ｒを、Ｇフィルタ９０３を覆って形成しているので、Ｇフィルタ９０３Ｇで囲まれる領域のエッジでは、Ｒカラーレジスト９１３Ｒが盛り上がっており、この盛り上がった部分に紫外線が照射されて現像されることによって、Ｒフィルタ９０３Ｒの、Ｇフィルタ９０３Ｇと接するエッジ部分は、図１３（ｃ）に示すように、少し隆起した形状となる。
【００１０】
また、上述の固体撮像素子の製造方法では、カラーフィルタ材料の解像度には限界があるため、微細なパターンを形成する場合、カラーフィルタ９０３の角部は、図１２に示すように、円弧状になる。このように角部が円弧状になると、この角部には、どの色のフィルタも形成されない隙間が生じることになる。
【００１１】
一方、上述のようなフォトリソグラフィー技術を用いたカラーフィルタ９０３の製造においては、製造プロセスにある程度のばらつき、すなわち、マスクの寸法や位置、露光装置のディストーション成分、各露光ショットにおける露光量および露光量の面内分布ならびにアライメント位置、レジスト特性などのばらつきが生じるのを避けられない。このため、上述のような隆起形状部や隙間には、その寸法などにばらつきが生じる。
【００１２】
さらに、マスクの透過部の寸法が大きくなったり、紫外線の照射エネルギーが大きくなったりすると、図１３（ｄ）に示すように、Ｒフィルタ９０３Ｒのエッジが、Ｇフィルタ９０３Ｇのエッジに乗り上げた形となることもある。逆に、マスクの透過部の寸法が小さくなったりした場合には、図１２に示すように、Ｇフィルタ９０３ＧとＲフィルタ９０３Ｒの間に、角部以外の部分でも隙間が形成されることがある。
【００１３】
また、従来の固体撮像素子の製造方法では、Ｒフィルタ９０３Ｒを形成する際、Ｇフィルタ９０３Ｇによって囲まれる領域の幅よりもわずかに狭い透過部を備えたマスクを用いて紫外線を照射する場合もある。この場合にも、製造プロセスのばらつきによって、Ｇフィルタ９０３ＧとＲフィルタ９０３Ｒ間で、重なりや隙間が形成される場合がある。
【００１４】
このような各色のフィルタ間の隆起形状、重なり、隙間などのばらつきは、撮像画像に影響を与える。すなわち、固体撮像素子への入射光としては、図１１に矢印ａで示すように、各マイクロレンズ９０１に入射するものの他、矢印ｂで示すように、マイクロレンズ９０１間、すなわち画素部間の境界に入射するものがある。矢印ａで示すように各マイクロレンズ９０１に入射した入射光は、マイクロレンズ９０１によって光電変換部９１０に向かって集光され、平坦化膜９０２，９０４、カラーフィルタ９０３、層間絶縁膜９０６，９０８などを透過して光電変換部９１０へ到達し、このように集光された光が、光電変換部９１０の出力信号に対して支配的な影響を与える入力信号となる。一方、矢印ｂで示すように画素部間の境界に入射した光は、カラーフィルタ９０３の、各色のフィルタの境界や配線層などで、散乱、反射、屈折、回折などを起こすことになるが、その成分の一部が光電変換部９１０に到達し、光電変換部９１０の出力信号に対して多少の影響を与える。
【００１５】
例えば、各色のフィルタの境界部分に隙間があると、カラーフィルタ９０３部分を越えて進入する光の絶対量は、その隙間にカラーフィルタが存在する場合と比較して約３倍となる。このため、隙間の幅が変化すると、画素部間の境界に入射し、散乱、反射、屈折、回折などのために光電変換部に到達する光の量が変化してしまう。
【００１６】
一方、各色のフィルタの重なり部位では、２つのフィルタが重なり、膜厚が厚くなっている部分を光が通過するために、カラーフィルタ９０３部分を越えて進入する光の絶対量が減少し、やはり、重なり量の変化に応じて、画素部間の境界に入射した光のうち、光電変換部に到達する光の量が変化してしまう。また、隣接する異なる色のフィルタの重なり部位を通過することで、混色した光が光電変換部に到達してしまう。
【００１７】
また、各色のフィルタ間の重なりや隙間は、カラーフィルタ９０３上に形成される第２の平坦化膜９０２に対して影響を与える場合がある。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、Ｒフィルタ９０３ＲとＧフィルタ９０３Ｇとの間に隙間が生じている場合には、その上に形成される平坦化膜９０２の表面には、平坦化膜９０２を形成する部材が塗布された時に隙間内に入り込むために、微小な凹部が形成される場合がある。一方、図１４（ｃ）に示すように、Ｒフィルタ９０３ＲがＧフィルタ９０３Ｇ上に乗り上げている場合には、平坦化膜９０２の表面に微小な凸部が形成される場合がある。このように平坦化膜９０２の表面に凸部や凹部が形成されると、それによって、平坦化膜９０２の表面での光の屈折のために、入射光の進路が変化するなどし、このことによっても、撮像画像に影響が生じる。例えば、平坦化膜９０２の表面の凹部は、レンズのように作用することによって入射光を分散させ、その結果、画素部間の境界に入射した光のうち、この凹部で分散させられて光電変換部９１０へ到達する光成分が生じることがあり、それによって、光電変換部９１０の出力信号に影響が生じることになる。
【００１８】
このように、製造プロセスのばらつきのために、各色のフィルタ間における構造、特に隙間や重なりにばらつきが生じることによって、被写体からの光が同一条件で入射された場合でも、光電変換部に入射される光の絶対量が画素部毎に異なってしまうことになる。また、画素部によっては、混色成分やシェーディング成分が含まれることになる。このような入射光量や混色成分、シェーディング成分のばらつきは、マスクの寸法精度などのために、１つのチップ内の画素間で生じることもあるし、露光ショット間でのマスク位置や露光量などのばらつきのために、複数のチップ間で生じることもある。
【００１９】
また、一般的な固体撮像素子の場合、そのチップサイズは、露光装置によって１回の露光ショットで露光可能な範囲（フィールドサイズ）内に収まり、一度の露光処理でチップ全体のパターンが形成される。この場合、上記のようなカラーフィルタ間での隙間や重なりは、チップ面内で連続的に２次元的に変化するような形で発生する傾向がある。このため、光電変換部９１０への入射光の光量は、チップ面内で２次元的な分布を持った形で変化する。その結果、出力される画像信号においては、フィルタ間の隙間の幅や重なり量に応じたシェーディング成分や混色成分が、画像面において２次元的な分布を持った形で含まれる傾向があり、そのために、その分布に対応して明暗の差がある境界部が生じるなど、撮像画像への影響が大きくなりがちである。
【００２０】
一方、チップサイズの大きな固体撮像素子では、撮像領域が露光装置のフィールドサイズよりも大きくなる場合があり、この場合には、撮像領域を複数の露光領域（１回の露光ショットで露光を行う領域）に分割し、これら分割された露光領域毎に露光を行い、各露光によって形成されるパターンを繋ぎ合わせることで撮像領域全体のパターンを形成する手法（分割露光法）を採用することが知られている（特許文献１参照）。このように分割露光法により形成された固体撮像素子では、上述したカラーフィルタの形成時の製造プロセスのばらつきが、各露光ショット間で異なってくるため、各露光領域間で、カラーフィルタ９０３の、各色のフィルタの境界部分の構造にばらつきが生じてくる。その結果、露光領域の境界部を挟んで明暗に差が生じるなど、さらに、撮像画像への影響が大きくなりがちである。
【００２１】
近年、ビデオカメラなどにおいては、撮像画像の高精細化が進められており、それに伴って、このような、カラーフィルタ９０３の、各色のフィルタの境界部分の構造のばらつきによる撮像画像への影響をさらに低減することが望まれる。すなわち、撮像画像の高精細化のために、固体撮像素子においては、画素の高集積化が進められ、それに伴って、光量などの微小なばらつきでも、撮像画像への影響が顕著なものとなるので、ばらつきを抑えることによって、撮像画像の高画質化に大きく貢献できることが期待される。
【００２２】
これについて、カラーフィルタ９０３の、各色のフィルタの境界部分での重なりや隙間などの構造は、上述したように主として露光工程に起因して発生する。したがって、露光に用いるマスク寸法の高精度化、マスクの位置ずれ補正、あるいは各露光領域における露光エネルギー差の補正、カラーフィルタとなるレジストの特性の均一化等によって、重なり量や隙間量などを小さくすることが可能である。しかしながら、製造プロセスのばらつきを完全にゼロに抑えることは不可能であり、このような方法で、各色のフィルタの境界部分の構造のばらつきを抑えるのには限界がある。
【００２３】
本発明は、上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、一般的なフォトリソグラフィー技術によってカラーフィルタを形成するときに発生する各色のフィルタの境界部の構造のばらつきを低減し、撮像画像の画質を向上させることができる固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像素子の製造方法は、複数色のフィルタが、互いに異なる色のフィルタが隣接するように所定の平面パターンで配置されて構成されたカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、第１の色のカラーレジストを、所定の膜上に塗布し、露光光を照射し現像して所定の平面パターンの第１の色のフィルタを形成する工程と、第１の色のフィルタに隣接して形成される第２の色のフィルタとなるポジ型の第２の色のカラーレジストを、第２の色のフィルタを形成する領域を含む領域に、第１の色のフィルタを覆って塗布し、露光光を照射し現像して第２の色のフィルタを形成する工程とを有し、第２の色のカラーレジストへの露光を、第２の色のフィルタを形成する各領域の、第１の色のフィルタとの境界で、第１の色のフィルタのエッジより、第１の色のフィルタが形成された領域内に入り込んだ位置にエッジが位置する遮光部を有するマスクを用いて行う方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、製造プロセスのばらつきのために、カラーフィルタの各色のフィルタ間の境界部の構造にばらつきが生じるのを低減することができる。それによって、各色のフィルタ間の隙間や重なりに起因する、光電変換部への入射光量の、光電変換部間でのばらつき、特に、撮像領域内で２次元的に連続して変化するような入射光量の変動を抑え、光電変換部から出力される画素信号に、各色のフィルタ間の隙間や重なりに起因するシェーディング成分や混色成分が生じるのを抑制することができ、その結果、撮像画像の画質を改善することができる。また、カラーフィルタを、分割露光法を用いて形成する場合であっても、露光領域間でのフィルタ構造のばらつきを抑えることができ、各露光領域間に相当する部分において撮像画像にムラが生じるのを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施例）
図２は本発明の第１実施例の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【００２７】
この固体撮像素子は、半導体基板１００の表面近傍に形成された、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部１１０を備えている。光電変換部１１０は格子状に配列され、複数の画素部のそれぞれに１つずつ設けられている。
【００２８】
各画素部には、光電変換部１１０で発生した信号電荷に対応する画素信号を生成し、固体撮像素子のエッジに設けられた垂直走査回路（不図示）からの制御信号にしたがって水平走査回路（不図示）へ画素信号を転送するための駆動回路が形成されている。半導体基板１００上には、この駆動回路を構成するトランジスタのゲート電極１０９が画素部毎に形成され、その上には駆動回路の回路構成に応じて複数の配線層が形成されている。図８に示す例では、２つの配線層１０５，１０７が形成されている。
【００２９】
配線層１０５，１０７には、アルミニウム（Ａｌ）などを所望の形状にパターニングした配線が形成されている。ゲート電極１０９や各配線層１０５，１０７間は、例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁膜１０６，１０８によって絶縁されている。また、半導体基板１００の、ゲート電極１０９下にはトランジスタのソース・ドレインとなる拡散層（不図示）が形成されている。
【００３０】
最も上の配線層１０５上には、その配線を覆うようにして、例えばアクリル系樹脂からなる第１の平坦化膜１０４が形成されている。第１の平坦化膜１０４上には、各画素に対応して入射光を分光するためのカラーフィルタ１０３が設けられている。カラーフィルタ１０３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の顔料を含むフォトレジストを用いて形成された各色のフィルタを有しており、これらのフィルタは、各画素部を１色のフィルタが覆うように配置されている。カラーフィルタ１０３上には、第２の平坦化膜１０２が形成され、その上には光電変換部１１０に入射光を集光するための集光レンズとしてマイクロレンズ１０１が形成されている。
【００３１】
本実施例の固体撮像素子において、画素ピッチは例えば７μｍである。カラーフィルタ１０３は、図１２で示した従来の固体撮像素子と同様にベイヤ配列された構成であってよい。
【００３２】
次に、本実施例の撮像素子のカラーフィルタの製造方法について図１を参照して説明する。なお、図１は、最初にＧフィルタ１０３Ｇを形成し、Ｇフィルタ１０３Ｇ間にＲフィルタ１０３Ｒを形成する手順を例にとって本実施例の製造方法を示している。同様の手順で、Ｇフィルタ１０３Ｇ間にＢフィルタ（不図示）を形成することができ、また、Ｒフィルタ１０３ＲやＢフィルタを形成した後、Ｇフィルタ１０３Ｇを形成する場合にも、同様の手順を用いることができる。また、固体撮像素子の、カラーフィルタ１０３を除く他の構成要素の製造方法については、それぞれの構成要素に最適な形状などが得られれば、周知のどのような製造方法を用いてもよく、ここでは詳細な説明を省略する。これらのことは、以下の実施例についても同様である。
【００３３】
Ｇフィルタ１０３Ｇを形成するには、先ず、例えば、緑（Ｇ）の顔料が分散されたポジ型のＧカラーレジストを第１の平坦化膜１０４の表面に塗布する。続いて、Ｇフィルタ１０３Ｇを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し現像する。これによって、図１（ａ）に示すように第１の平坦化膜上に所定のパターンのＧフィルタ１０３Ｇが形成される。このとき、Ｇフィルタ１０３Ｇのパターン寸法は、本実施例では、ボトム部位（第１の平坦化膜１０４側）で７．０μｍである。露光は、固体撮像素子の全体に対して１回の露光ショットで行ってもよく、また、分割露光法によって行ってもよい。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたポジ型のＲカラーレジスト１１３Ｒを、Ｇフィルタ１０３Ｇを覆うように第１の平坦化膜１０４上の全面に塗布する。続いて、Ｒフィルタ１０３Ｒを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００３５】
この際、本実施例の固体撮像素子の製造方法では、マスクが位置ずれを起こしてもＲフィルタ１０３ＲとＧフィルタ１０３Ｇとの間に隙間が形成されることのないように、Ｒフィルタ１０３Ｒを形成すべき領域、すなわちＧフィルタ１０３Ｇで囲まれる領域よりも少し広い領域に遮光部を形成したマスクを用いる。例として、遮光部は、その各辺が、Ｇフィルタ１０３Ｇで囲まれる領域のエッジから０．１μｍ離れた位置にくるように７．２μｍ角である。
【００３６】
この場合、紫外線の照射エネルギーが小さいと、現像後、Ｒフィルタ１０３Ｒは、マスクの遮光部に対応する領域に形成され、その結果、図１（ｃ）に示すように、周囲を囲むように位置するＧフィルタ１０３Ｇのエッジに乗り上げた形で形成される。しかし、紫外線の照射エネルギーを増加させていくと、Ｒフィルタ１０３Ｒが形成される領域は、マスクの遮光部に対応する領域よりも狭くなっていく（オーバー露光）。このようにして、Ｒフィルタ１０３Ｒの寸法は、図１（ｄ）に示すように、照射エネルギーの増加に伴って次第に小さくなり、Ｒフィルタ１０３Ｇのエッジの位置が、Ｇフィルタ１０３Ｇのエッジ部分側へと移動する。そして、さらに紫外線の照射エネルギーを増加させると、照射エネルギーの増加に伴って、図１（ｅ）に示すように、Ｇフィルタ１０３Ｇのエッジ部分に生じた隆起部分の高さが低くなっていく。さらに紫外線の照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ１０３Ｇで囲まれた領域の内部に孤立するような形でＲフィルタ１０３Ｒが形成される（不図示）。
【００３７】
そこで、紫外線の照射エネルギーを適切に設定すれば、Ｒフィルタ１０３Ｒを、図１（ｅ）に示すように、Ｇフィルタ１０３Ｇに乗り上げず、かつＧフィルタ１０３Ｇとの間に隙間を生じない適切なパターンで形成することができる。この際、形成されるＲフィルタ１０３Ｒにおいて、Ｇフィルタ１０３Ｇに乗り上げた部分の寸法は、紫外線の照射エネルギーの増加量にほぼ比例する形で減少していく。これに対して、形成されるＲフィルタ１０３Ｒのエッジが、Ｇフィルタ１０３Ｇに接する領域付近にある場合には、塗布されているＲカラーレジスト１１３Ｒの膜厚が他の部分と比較して厚くなっているため、紫外線の照射エネルギーの増加量に対する、形成されるＲフィルタ１０３Ｒの平面寸法の変化率は、Ｇフィルタ１０３Ｇに乗り上げた部分と比較して小さくなる。言い換えれば、形成されるＲフィルタ１０３Ｒのエッジが、Ｇフィルタ１０３Ｇに接する領域付近では、照射エネルギーの増減は、形成されるＲフィルタ１０３Ｒのエッジ部の高さの変化という形で現れ、その分、平面寸法の変化が抑制される。
【００３８】
したがって、本実施例によれば、十分なマージンを持って紫外線の照射エネルギーを最適化することができ、すなわち、紫外線の照射エネルギーを適切に設定してやることによって、照射エネルギーに多少のばらつきが生じても、Ｒフィルタ１０３Ｒの、Ｇフィルタ１０３Ｇへの乗り上げ、およびＧフィルタ１０３Ｇとの隙間をほとんど生じることのないパターンでＲフィルタ１０３Ｒを形成することができる。
【００３９】
この時、形成されるＲフィルタ１０３Ｒが、露光時に照射されるエネルギーの増大に伴って寸法を減らしていく際、Ｇフィルタ１０３Ｇのエッジと接触するようになった段階の後、平面寸法の減少率が抑制されることは、言わば、Ｒフィルタ１０３Ｒの寸法が、先に形成されたＧフィルタ１０３Ｇの形状、寸法によって規定されることを意味している。したがって、本実施例の固体撮像素子の製造方法では、露光の照射エネルギーのばらつきの他、マスクの寸法や位置、露光装置のディストーション成分、各露光ショットにおける露光量および露光量の面内分布ならびにアライメント位置、レジスト特性などの、製造プロセスの他のばらつきがあっても、Ｒフィルタ１０３Ｒの寸法および位置は、先に形成された隣接するＧフィルタ１０３Ｇのパターンによって規定されるため、重なりや隙間が生じるのを抑制して安定してカラーフィルタ１０３を形成することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例によれば、複数色のフィルタが格子状の平面パターンで並べられたカラーフィルタにおいて、各色のフィルタ間に重なりや隙間が生じるのを抑制することができる。それによって、各色のフィルタ間の隙間や重なりに起因する、光電変換部への入射光量の、光電変換部間でのばらつき、特に、撮像領域内で２次元的に連続して変化するような入射光量の変動を抑え、光電変換部から出力される画素信号にシェーディング成分や混色成分が生じるのを抑制することができ、その結果、撮像画像の画質を改善することができる。
【００４１】
また、カラーフィルタ製造に分割露光法を用いる場合に本実施例を適用することによって、露光ショット間で製造プロセスにばらつきが存在する場合でも、露光領域間での、フィルタ構造のばらつきを抑えることができる。それによって、各露光領域間に相当する部分において撮像画像にムラが生じるのを低減できる。
【００４２】
本発明者は、本実施例にしたがって固体撮像素子を作製し、撮像を行った。その結果、撮像画像にはシェーディング成分や混色成分がきわめて少なく、また、カラーフィルタの製造工程で分割露光法を用いても、撮像画像の、各露光領域の境界に対応する部位に目視で確認できるスジ状の画像ムラが認められることもなかった。
【００４３】
（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。なお、図３に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが７μｍであり、カラーフィルタがベイヤ配列された構成であってよい。また、固体撮像素子の、カラーフィルタ以外の構成についても、第１実施例と同様であってよく、詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施例でも、カラーフィルタの形成では、まず、第１の平坦化膜３０４の表面に、例えば、緑（Ｇ）の顔料が分散されたポジ型のＧカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ３０３Ｇを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し現像を行う。これによって、図３（ａ）に示すように、第１の平坦化膜上に所定のパターンでＧフィルタ３０３Ｇが形成される。
【００４５】
Ｇフィルタ３０３Ｇの露光時、本実施例では、照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する領域のエッジ部における露光コントラストを下げて露光を行い、それによって、Ｇフィルタ３０３Ｇのエッジは、図３（ａ）に示すようにテーパー状になる。このとき、Ｇフィルタ３０３Ｇは、ボトム部位（第１の平坦化膜３０４側）が、画素ピッチよりも少し大きい所定の大きさとなるようにする。本実施例においては、ボトム部位の寸法は、画素ピッチ７μｍよりも両側で０．１μｍ大きくなるようにして７．２μｍとしている。
【００４６】
露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法としては、露光光のフォーカスをマスク表面からずらす方法を用いることができる。あるいは、マスクの各遮光部のエッジ部における透過率を段階的に変化させて、マスクを介した入射光の光学濃度にグラデーションを持たせることによって、露光領域のエッジ部位における露光コントラストを下げても良好な結果を得ることができる。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたポジ型のＲカラーレジスト３１３Ｒを、Ｇフィルタ３０３Ｇを覆うように第１の平坦化膜３０４上の全面に塗布する。続いて、Ｒフィルタ３０３Ｒを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００４８】
この際、本実施例においても、Ｒフィルタ３０３Ｒを形成すべき領域よりも広い遮光部を有するマスクを用いて露光を行う。具体的には、画素ピッチ７μｍよりも両側で０．１μｍ大きい７．２μｍ角の遮光部が形成されたマスクを用い、この遮光部のエッジが、Ｇフィルタ３０３Ｇで囲まれる、（底部側の）６．８μｍ角の領域のエッジから、０．２μｍ離れて位置するようにマスクを配置して露光を行う。
【００４９】
この場合、紫外線の照射エネルギーが小さいと、現像後、Ｒフィルタ３０３Ｒは、図３（ｃ）に示すように、Ｇフィルタ３０３Ｇの（上側の）エッジに乗り上げた形で形成される。一方、オーバー露光することによって、Ｒフィルタ３０３Ｒの寸法は、図３（ｄ）に示すように、照射エネルギーの増加に伴って次第に小さくなり、Ｒフィルタ３０３Ｇのエッジの位置が、Ｇフィルタ１０３Ｇのエッジ部分側へと移動する。このように紫外線の照射エネルギーを増加させ、第１実施例と同様に、照射エネルギーを最適化することによって、図１（ｅ）に示すように、形成されるＲフィルタ３０３Ｒの（上側の）エッジが、Ｇフィルタ３０３Ｒの（上側の）エッジにほぼぴったり合った位置にくるようにすることができる。
【００５０】
本実施例では、形成されるＲフィルタ３０３Ｒのエッジは、Ｇフィルタ３０３Ｇのエッジのテーパー形状に合わせて逆テーパー状になり、Ｒフィルタ３０３Ｒのエッジ部とＧフィルタ３０３Ｇのエッジ部とは、フィルタ表面に垂直な方向（フィルタの厚み方向）に見て重なりあうことになる。その結果、形成されるＲフィルタ３０３Ｒの（上側の）エッジの位置が、Ｇフィルタ３０３Ｇの（上側の）エッジの位置よりＲフィルタ３０３Ｒの形成領域側に多少入り込んでも、これらのエッジ間の領域にはＧフィルタ３０３Ｇが存在することになり、完全な隙間とはならない。それによって、Ｒフィルタ３０３ＲとＧフィルタ３０３Ｇの間に隙間が形成されるのを、より効果的に抑制することができる。このように、隣接するフィルタ間に隙間が生じるのを抑制するため、隣接するフィルタ同士の、エッジのテーパー部の重なり量は０．１μｍ以上とするのが望ましく、０．２μｍ以上とするのがさらに望ましい。
【００５１】
また、本実施例では、Ｇフィルタ３０３Ｇのエッジをテーパー状に形成することで、Ｒフィルタ３０３Ｒを形成する際、Ｇフィルタ３０３Ｇのエッジに局所的な変形等が存在する場合でも、Ｇフィルタ３０３ＧとＲフィルタ３０３Ｒの境界部分にボイドなどの欠陥が発生しにくくなる。
【００５２】
また、Ｒフィルタ３０３ＲとＧフィルタ３０３Ｇの境界に重なりや隙間が生じるのを抑制できることによって、図４に示すように、このカラーフィルタ上に第２の平坦化膜３０２を形成する場合、その表面に凸部や凹部が形成されるのも抑制することができる。すなわち、図４（ａ）に示すように、Ｒフィルタ３０３ＲとＧフィルタ３０３Ｇの境界に重なりも隙間も無ければ、この境界部においても、カラーフィルタの表面は実質的に平坦になり、その結果、平坦化膜３０２の表面を容易に平坦にすることができる。また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｒフィルタ３０３ＲがＧフィルタ３０３Ｇに乗り上げたげような形になったり、Ｒフィルタ３０３Ｒの（上側の）エッジの位置がＧフィルタ３０３Ｇの（上側の）エッジの位置よりＲフィルタ３０３Ｒの形成領域側に入り込んだりした場合にも、上述のように、その重なり量やずれ幅を比較的小さく抑えることができるので、第２の平坦化膜３０２の表面にはほとんど凹凸が生じない。このことは、第１実施例においても同様であり、第１、第２実施例によれば、カラーフィルタ上に第２の平坦化膜を形成する場合、その表面に凹凸が生じるのを抑制する作用が得られる。この際、第２の実施例では、Ｒフィルタ３０３Ｒの（上側の）エッジの位置がＧフィルタ３０３Ｇの（上側の）エッジの位置よりＲフィルタ３０３Ｒの形成領域側に入り込んだ場合でも、両エッジ間の領域には、Ｇフィルタ３０３Ｇが存在しているので、カラーフィルタ表面にできる凹凸を、したがって、第２の平坦化膜の表面に形成される凹凸をより小さく抑えることができる。
【００５３】
このように、第２の平坦化膜の表面に凹凸が形成されるのを抑制できることによって、第２の平坦化膜の表面の凹凸に起因して、光電変換部に到達する入射光量に、画素間でばらつきが生じるのを抑制し、画質の改善に寄与することができる。
【００５４】
以上のように、本実施例でも、カラーフィルタを構成する各色のフィルタ間に重なりや隙間が生じるのを抑制でき、特に、隙間の発生を効果的に抑えることができる。これは、１回の露光ショットで各色のフィルタを形成する場合でも、分割露光法を用いる場合でも同様であり、図５に示すように、固体撮像素子の全領域にわたって、各色のフィルタ間の構造がほぼ一様なカラーフィルタを形成することが可能である。その結果、露光領域内で２次元的に連続して変化するような撮像画像の乱れ、および、分割露光法を用いる場合の、露光領域の境界部分に生じる撮像画像のムラの発生を抑制し、撮像画像の画質を改善することができる。
【００５５】
なお、本実施例において、各色のフィルタのエッジは、テーパー状あるいは逆テーパー状である必要はなく、隣接するフィルタのエッジ部同士が重なり合う形状であればよく、すなわち、それによって、隣接するフィルタ間に隙間が生じるのを効果的に抑制できる。このような変形例として、各色のフィルタのエッジ部は、例えば、図６（ａ）,（ｂ）に示すように、断面が楔形になるようにしてもよい。このような構成は、図７（ａ）,（ｃ）に示すように、最初に形成する、例えばＧフィルタ３０３Ｇのエッジ部を楔状に形成し、その後、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、上記の手順と同様にして、例えばＲフィルタ３０３Ｒを形成することによって得られる。このように、Ｇフィルタ３０３Ｇのエッジ部を楔形などの所望の形状に形成するのには、カラーレジストの露光において、露光領域のエッジ部における露光コントラストを変化させる手法、および／または、現像時に、レジストの、現像液に対する深さ方向の溶解特性の差を利用する手法を用いることができる。
【００５６】
（第３実施例）
図８は、本発明の第３実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。なお、図８に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが７μｍであり、カラーフィルタがベイヤ配列された構成であってよい。また、固体撮像素子の、カラーフィルタ以外の構成についても、第１実施例と同様であってよく、詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施例でも、まず、第１の平坦化膜６０４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたポジ型のＧカラーレジストを塗布し、続いて、Ｇフィルタ６０３Ｇを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像してＧフィルタ６０３Ｇを形成するのは、前の各実施例と同様である。この際、本実施例でも、第２実施例と同様に、Ｇフィルタ６０３Ｇの露光時に照度分布を持つように紫外線を照射して、図８（ａ）に示すように、エッジ部がテーパー状になるようにＧフィルタ６０３Ｇを形成する。Ｇフィルタ６０３Ｇのパターン寸法についても、第２実施例と同様、ボトム部位（第１の平坦化膜６０４側）で７．２μｍである。
【００５８】
次に、図８（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたポジ型のＲカラーレジスト６１３Ｒを、Ｇフィルタ６０３Ｇを覆うように第１の平坦化膜６０４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ６０３Ｒを形成すべき位置に遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。この時、第２実施例と同様にＧフィルタ６０３Ｇで囲まれる領域の幅は６．８μｍであり、本実施例でも、６．８μｍ角の領域の（底部側の）エッジから、０．２μｍ離れた位置にエッジがくる７．２μｍ角の遮光部が形成されたマスクを用いる。また、本実施例では、Ｒフィルタ６０３Ｒを形成する、Ｇフィルタ６０３Ｇで囲まれる領域内において、照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する各領域のエッジにおける露光コントラストを下げて露光を行う。
【００５９】
現像後、紫外線の照射エネルギーが小さい場合は、形成されるＲフィルタ６０３Ｒが、図８（ｃ）に示すようにＧフィルタ６０３Ｇに一部乗り上げるような形で形成され、オーバー露光によって、図８（ｄ）に示すように、Ｒフィルタ６０３ＲのエッジがＧフィルタ６０３Ｇのエッジに近付いていくのは前の実施例と同様である。Ｇフィルタ６０３Ｇのエッジ付近のところで、照射エネルギーの増大に対して、形成されるＲフィルタ６０３Ｒのエッジ位置の変化率が低下するのも同様である。したがって、これを利用して、照射エネルギーの最適化を図り、図８（ｅ）に示すように、Ｇフィルタ６０３ＧとＲフィルタ６０３Ｒの境界に乗り上げも隙間もほとんど生じないようにすることができる。
【００６０】
本実施例では、Ｒフィルタ６０３Ｒについても、エッジがテーパー状に形成されるため、Ｇフィルタ６０３ＧとＲフィルタ６０３Ｒの境界に乗り上げや隙間が生じるのをさらに効果的に低減することができる。その結果、露光領域内で２次元的に連続して変化するような撮像画像の乱れ、および、分割露光法を用いる場合の、露光領域の境界部分に生じる撮像画像のムラの発生を抑制し、撮像画像の画質を改善することができる。
【００６１】
（第４実施例）
図９は本発明の第４実施例の固体撮像素子の構成を示す、カラーフィルタの平面図である。
【００６２】
各色のフィルタの角部は、辺の部分とは違い、露光の際のコントラストが小さくなるため、製造プロセスのばらつきに起因してパターンの形状が変化しやすい。本実施例では、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、露光コントラストが小さくなる各色のフィルタの角部を、各角部に接する各色のフィルタのうち、いずれか１つで埋めることで隙間を無くす構成である。なお、図９（ａ）は、角部にＧフィルタが形成された例、図９（ｂ）は、角部にＢフィルタが形成された例、図９（ｃ）は、角部にＲフィルタが形成された例を示している。
【００６３】
本実施例のカラーフィルタの作製においては、角部を埋める色のフィルタパターンを形成するのに用いるレジストとしては、ポジ型のものを用いることができる。そして、上記のような構成のカラーフィルタは、角部を埋める色のフィルタを形成する際、露光時に用いるマスクに、角部に相当する部分を埋める微少な遮光パターンを設けることによって形成できる。
【００６４】
このように、各色のフィルタの各角部を、いずれか１色のフィルタで埋めることで、角部において、製造プロセスのばらつきに起因してパターン形状がばらつくのを低減することができる。それによって、この角部におけるパターン形状のばらつきのために、撮像画像にシェーディング成分や混色成分が生じるなどするのを抑制することができ、特に、露光領域内で２次元的に連続して変化するような撮像画像の乱れ、および、分割露光法を用いる場合の、露光領域の境界部分に生じる撮像画像のムラの発生を抑制し、撮像画像の画質を改善することができる。
【００６５】
なお、本実施例は、第１〜３実施例の製造方法と組み合わせて実施することができ、それによって、カラーフィルタにおける各色の境界の辺部分においても、角部分においてもパターン形状などの構造のばらつきを抑え、撮像画像の画質を効果的に抑制することができる。
【００６６】
（デジタルカメラへの応用例）
図１０は、本発明による固体撮像素子を固体撮像装置１００４として利用した一例のカメラの回路ブロックの例を示したものである。撮影レンズ１００２の手前にはシャッター１００１があり、露出を制御する。絞り１００３により必要に応じ光量を制御し、固体撮像装置１００４に結像させる。固体撮像装置１００４から出力された信号は信号処理回路１００５で処理され、Ａ／Ｄ変換器１００６によりアナログ信号からディジタル信号に変換される。出力されるディジタル信号はさらに信号処理部１００７で演算処理されて、撮像画像データが生成される。処理されたディジタル信号はメモリ部１０１０に蓄えられたり、外部Ｉ／Ｆ１０１３を通して外部の機器に送られたりする。また、記録媒体１０１２に画像を記録することもでき、そのために、出力ディジタル信号は全体制御・演算部で制御される記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１１を通して、記録される。固体撮像装置１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６、信号処理部１００７はタイミング発生部１００８により制御される他、システム全体は全体制御・演算部１００９で制御される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第1実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。
【図２】図１のカラーフィルタが搭載された一例の固体撮像素子の全体構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。
【図４】図３の製造手順によって形成されるカラーフィルタの形状例を、要部を拡大して示す断面図である。
【図５】図３の製造手順によって形成されるカラーフィルタの全体構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ），（ｃ）は断面図である。
【図６】第２実施例の変形例の固体撮像素子が有するカラーフィルタの形状例を、要部を拡大して示す断面図である。
【図７】図６の各カラーフィルタの製造手順を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。
【図９】本発明の第４実施例の固体撮像素子のカラーフィルタの構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の固体撮像素子を用いた一例のカメラの構成を示すブロック図である。
【図１１】従来例の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【図１２】従来例の、分割露光法を用いて形成されたカラーフィルタの全体構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ），（ｃ）は断面図である。
【図１３】従来例の固体撮像素子のカラーフィルタの製造手順を示す断面図である。
【図１４】従来例の固体撮像素子のカラーフィルタの形状例を、要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０３    カラーフィルタ
１０３Ｇ  Ｇフィルタ（第１の色のフィルタ）
１０３Ｒ  Ｒフィルタ（第２の色のフィルタ）
１１３Ｒ  Ｒカラーレジスト（第２の色のカラーレジスト）
【図１】
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【図２】
2006269775.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006269775.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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